Sam film selektivno reflektira ili apsorbira upadnu svjetlost, a njegova boja rezultat je optičkih svojstava filma. Boja tankih filmova generira se reflektiranom svjetlošću, stoga je potrebno uzeti u obzir dva aspekta, naime intrinzičnu boju generiranu apsorpcijskim karakteristikama neprozirnih tankih filmova za vidljivi svjetlosni spektar i interferencijsku boju generiranu višestrukim refleksijama prozirnih ili slabo apsorbirajućih tankih filmova.
1. Intrinzična boja
Apsorpcijske karakteristike neprozirnih tankoslojnih materijala u vidljivom svjetlosnom spektru dovode do pojave intrinzičnih boja, a najvažniji proces je prijelaz energije fotona koju apsorbiraju elektroni. Kod vodljivih materijala, elektroni apsorbiraju energiju fotona u djelomično ispunjenom valentnom pojasu kako bi prešli u nepopunjeno visokoenergetsko stanje iznad Fermijeve razine, što se naziva prijelaz unutar pojasa. Kod poluvodiča ili izolacijskih materijala postoji energetski jaz između valentnog pojasa i vodljivog pojasa. Samo elektroni s apsorbiranom energijom većom od širine energetskog jaza mogu prijeći jaz i prijeći iz valentnog pojasa u vodljivi pojas, što je poznato kao međupojasni prijelaz. Bez obzira na vrstu prijelaza, on će uzrokovati nekonzistentnost između reflektirane i apsorbirane svjetlosti, što uzrokuje da materijal pokazuje svoju intrinzičnu boju. Materijali sa širinom zabranjenog pojasa većom od granice vidljivog ultraljubičastog zračenja, poput onih većih od 3,5 eV, prozirni su ljudskom oku. Širina zabranjenog pojasa materijala s uskim zabranjenim pojasom manja je od infracrvene granice vidljivog spektra, a ako je manja od 1,7 eV, izgleda crno. Materijali s propusnim širinama u srednjem području mogu pokazivati karakteristične boje. Dopiranje može uzrokovati međupojasne prijelaze u materijalima sa širokim energetskim prazninama. Dopirni elementi stvaraju energetsku razinu između energetskih praznina, dijeleći ih na dva manja energetska intervala. Elektroni koji apsorbiraju nižu energiju također mogu proći kroz prijelaze, što rezultira time da izvorni prozirni materijal pokazuje boju.
1. Boja interferencije
Prozirni ili slabo upijajući tankoslojni materijali pokazuju interferencijske boje zbog višestrukih refleksija svjetlosti. Interferencija je promjena amplitude koja se javlja nakon superpozicije valova. U životu, ako postoji uljni film na površini vodene lokve, može se primijetiti da uljni film pokazuje iridescenciju, što je boja nastala tipičnom interferencijom filma. Nanošenjem tankog sloja prozirnog oksidnog filma na metalnu podlogu mogu se dobiti mnoge nove boje putem interferencije. Ako jedna valna duljina svjetlosti padne iz atmosfere na površinu prozirnog sloja, dio se reflektira na površini tankog filma i izravno se vraća u atmosferu; drugi dio se lomi kroz prozirni film i reflektira se na granici između filma i podloge. Zatim se prozirni film nastavlja propuštati i lomi na granici između filma i atmosfere prije povratka u atmosferu. To dvoje će rezultirati optičkom razlikom puta i superponiranom interferencijom.
Vrijeme objave: 30. lipnja 2023.